JP6601734B2 - 水素生成装置の運転方法、水素生成装置および燃料電池システム - Google Patents
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Description
発明者らは、水添脱硫器にリサイクルガスを供給する場合に、改質器の水蒸気不足によって改質器が劣化する可能性について鋭意検討し、以下の知見を得た。
また、例えば、凝縮器の温度が低い場合、凝縮器での凝縮水の量が凝縮器の温度が高い場合と比べ相対的に多くため、改質器のS/Cの低下を抑制すべく、改質器への改質水の供給量を増加させる必要がある。
なお、上記に例示した現象が同時に起こる場合もあり、このような場合も同様に、改質器への改質水の供給量を増加させる必要がある。
図1は、第1実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
H2S+ZnO→H2O+ZnS・・・・・(2)
改質器2は、水添脱硫器1から供給される原料ガスおよび改質水を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器2において、原料ガスが改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応として、例えば、水蒸気改質反応およびオートサーマル反応等を例示できる。改質器2には、改質反応の触媒(改質触媒)が充填されている。改質触媒として、アルミナ(Al2O3)にNiを担持した触媒、または、アルミナにルテニウムを担持した触媒等を例示できる。
以下、本実施形態の水素生成装置の動作の一例について説明する。なお、以下の動作は、制御器12の制御プログラムの実行で水素生成装置100の各機器が制御されることにより行われる。
第1実施形態の実施例の水素生成装置の運転方法は、水添脱硫器から供給される原料ガスと改質水とを用い、改質器で水素含有ガスを生成するステップと、水素含有ガスの一部をリサイクルガスとして水添脱硫器に供給し、水添脱硫器で原料ガス中の硫黄化合物を除去するステップと、リサイクルガスが流れるリサイクルガス経路に設けられた凝縮器で、リサイクルガス中の水蒸気を凝縮させ、凝縮水をリサイクルガス経路から分離するステップと、改質器の温度に基づいて改質器に供給する改質水の量を調整するステップと、を備える。
改質水の供給量は、凝縮器における凝縮水量に基づいて導出される。凝縮水量は、改質器の温度に基づく原料ガス転化率から導出される。原料ガス転化率は、原料ガス転化率と改質器の温度との相関関係、または、原料ガス転化率と改質器の温度および改質器のスチームカーボン比との相関関係、に基づいて導出される。
以上により、改質器の温度を検知することで、原料ガス転化率を適切に導出でき、リサイクルガス中の水蒸気凝縮で発生する凝縮水の量の変動が適切に察知され得る。よって、改質器への改質水の供給量を適量に制御できるので、改質器の劣化の可能性が適切に低減される。
図2は、第1実施形態の実施例の水素生成装置の一例を示す図である。
図4は、第1実施形態の実施例の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器12の制御プログラムの実行で水素生成装置100の各機器が制御されることにより行われる。
以上により、改質器の温度を検知することで、原料ガス転化率を適切に導出でき、更にリサイクルガス中の水蒸気凝縮で発生する凝縮水の量の変動が適切に察知され得る。よって、改質器への改質水の供給量を適量に制御できるので、改質器の劣化の可能性が適切に低減される。
第2実施形態の水素生成装置は、第1実施形態の水素生成装置において、凝縮器は、リサイクルガスを冷媒で冷却することで、リサイクルガス中の水蒸気を凝縮し、凝縮水をリサイクルガス経路から分離する。
図5は、第2実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
第3実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態、第1実施形態の実施例、および第2実施形態のいずれかの水素生成装置と、本水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。
図6は、第3実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
第3実施形態の実施例の燃料電池システムは、第3実施形態の燃料電池システムにおいて、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である。
図7は、第3実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
2 :改質器
3 :燃料電池
3A :固体酸化物形燃料電池
4 :流量検知器
8 :凝縮器
8A :凝縮器
9 :リサイクルガス経路
9A :上流端
10A :第1温度検知器
10B :第2温度検知器
11 :改質水供給器
12 :制御器
14 :圧力計
100 :水素生成装置
200 :燃料電池システム
Claims (5)
- 水添脱硫器から供給される原料ガスおよび改質水を用い、改質器で水素含有ガスを生成するステップと、
前記水素含有ガスの一部をリサイクルガスとして前記水添脱硫器に供給し、前記水添脱硫器で原料ガス中の硫黄化合物を除去するステップと、
前記リサイクルガスが流れるリサイクルガス経路に設けられた凝縮器で、前記リサイクルガス中の水蒸気を凝縮させ、凝縮水を前記リサイクルガス経路から分離するステップと、
前記改質器の温度に基づいて前記改質器に供給する改質水の量を調整するステップと、を備える水素生成装置の運転方法であって、
前記改質器に供給する改質水の量は、前記改質器の温度と、前記リサイクルガスの流量または凝縮温度の少なくともいずれか一方、または両方に基づいて調整される、水素生成装置の運転方法。 - 原料ガス中の硫黄化合物を水添脱硫反応により除去する水添脱硫器と、
前記水添脱硫器から供給される原料ガスおよび改質水を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記改質水を供給する改質水供給器と、
前記改質器で生成された水素含有ガスの一部をリサイクルガスとして前記水添脱硫器に供給するためのリサイクルガス経路と、
前記リサイクルガス経路に設けられ、前記リサイクルガス中の水蒸気を凝縮し、凝縮水を前記リサイクルガス経路から分離する凝縮器と、
前記改質器の温度を検知する第1温度検知器と、
前記改質器の温度に基づいて前記改質水の量を調整するように前記改質水供給器を制御する制御器と、
少なくとも前記リサイクルガスの流量を検知する流量検知器と、前記凝縮器の温度を検知する第2温度検知器との一方と、を備え、
前記制御器は、前記改質器の温度と、前記リサイクルガスの流量または凝縮器温度の少なくともいずれか一方、または両方に基づいて前記改質水の量を調整する、水素生成装置。 - 前記凝縮器は、前記リサイクルガスを冷媒で冷却することで、前記リサイクルガス中の水蒸気を凝縮し、凝縮水を前記リサイクルガス経路から分離する請求項2に記載の水素生成装置。
- 請求項2または3に記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である請求項4に記載の燃料電池システム。
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